Effect of phytoremediation with Atriplex nummularia in irrigated soils with saline waste..

In the semi-arid region of northeastern Brazil, the Atriplex plant genus has been efficient in removing salts from soils irrigated with saline wastewater. However, this removal might not be significant compared with the amount of salts added to the soil by the wastewater irrigation. Considering this aspect, the aim of this work was to evaluate the effectiveness of Atriplex nummularia Lindl plants in the remediation of a soil submitted to saline wastewater irrigation. Despite the known inhibition effect of saline wastewater on soil enzyme activity, the cultivation of Atriplex nummularia Lindl maintained the treated soil enzyme activity levels similar to the ones found in natural soils.

Effect of phytoremediation with atriplex nummularia in irrigated soils with saline waste.

2008

Riding the tide of biopharming in Africa: Considerations for risk assessment

In the past few years, plant biotechnology has gone beyond traditional agricultural production of food, feed and fibre, and moved to address more complex contemporary health, social and industrial challenges. The new era involves production of novel pharmaceutical products, speciality and fine chemicals, phytoremediation and production of renewable energy resources to replace non-renewable fossil fuels. Plants have been shown to provide a genuine and low-cost alternative production system for high-value products. Currently, the principal plant-made products include antibodies, feed additives, vaccine antigens and hormones for human and animal health, and industrial proteins. Despite the unique advantages of scalability, cost and product safety, issues of politics, environmental impact, regulation and socioeconomics still limit the adoption of biopharmaceuticals, especially in the developing world. Plant-based production systems have further complicated biosafety, gene flow and environmental impact assessments with generally genetically modified plants, topics that are already partially understood. This article provides a background to biopharming, highlighting basic considerations for risk assessment and regulation in developing countries, with an emphasis on plant-based vaccine production in South Africa.

Role of amine oxidase expression to maintain putrescine homeostasis in Rhodococcus opacus

While applications of amine oxidases are increasing, few have been characterised and our understanding of their biological role and strategies for bacteria exploitation are limited. By altering the nitrogen source (NH4Cl, putrescine and cadaverine (diamines) and butylamine (monoamine)) and concentration, we have identified a constitutive flavin dependent oxidase (EC 1.4.3.10) within Rhodococcus opacus. The activity of this oxidase can be increased by over two orders of magnitude in the presence of aliphatic diamines. In addition, the expression of a copper dependent diamine oxidase (EC 1.4.3.22) was observed at diamine concentrations>1mM or when cells were grown with butylamine, which acts to inhibit the flavin oxidase. A Michaelis-Menten kinetic treatment of the flavin oxidase delivered a Michaelis constant (KM)=190μM and maximum rate (kcat)=21.8s(-1) for the oxidative deamination of putrescine with a lower KM (=60μM) and comparable kcat (=18.2s(-1)) for the copper oxidase. MALDI-TOF and genomic analyses have indicated a metabolic clustering of functionally related genes. From a consideration of amine oxidase specificity and sequence homology, we propose a putrescine degradation pathway within Rhodococcus that utilises oxidases in tandem with subsequent dehydrogenase and transaminase enzymes. The implications of PUT homeostasis through the action of the two oxidases are discussed with respect to stressors, evolution and application in microbe-assisted phytoremediation or bio-augmentation.

Assessment of phytostabilization of Pb/Zn mine soils with organic amendments and a native metallicolous ecotype of Festuca Rubra l.: implications for amendment selection and recovery of soil health

La contaminación del suelo es una de las principales amenazas para los ecosistemas y la salud humana. Actualmente, desde un punto de vista tanto económico como ambiental, la fitoestabilización es la mejor tecnología para remediar suelos contaminados con elevadas concentraciones de metales como son los suelos mineros. La fitoestabilización asistida consiste en el empleo de plantas y enmiendas orgánicas y/o inorgánicas con el fin de reducir la movilidad y la biodisponibilidad de los contaminantes y recuperar la salud de suelo. En este trabajo se han realizado ensayos en microcosmos y en campo centrándonos en la salud del suelo minero contaminado con Pb y Zn durante un proceso de fitoestabilización empleando enmiendas orgánicas (purines vacunos, gallinaza, estiércol de oveja y lodos de papelera mezclados con gallinaza) y/o la especie metalífera Festuca rubra con el objetivo de (i) estudiar las interacciones suelo-enmienda responsables de los cambios inducidos por el proceso de quimioestabilización en las propiedades físicoquímicas y biológicas del suelo, (ii) evaluar la efectividad del proceso de fitoestabilización sobre suelos vegetados y de la revegetación sobre suelos desnudos (iii) valorar la idoneidad de distintos indicadores químicos y biológicos (parámetros microbianos y de la vegetación) para monitorizar la efectividad de la fitoestabilización asistida en términos de reducción de la biodisponibilidad de metales en el suelo, mejora de la vegetación y de la recuperación de la salud del suelo. La aplicación de enmiendas al suelo minero supone una entrada de materia orgánica y nutrientes que conduce a una disminución de la biodisponibilidad de metales, facilitando la colonización de las plantas y el crecimiento de la vegetación nativa, además de estimular la actividad microbiana del suelo. El pH del suelo es un factor crítico que condiciona la movilidad de los metales y la toxicidad del suelo. Las poblaciones microbianas de las enmiendas no modificaron la diversidad funcional de las comunidades microbianas nativas de la mina. Los purines vacunos y los lodos de papelera mezclados con gallinaza son los tratamientos más efectivos en el proceso de fitoestabilización asistida bajo condiciones de campo. La gallinaza fue el tratamiento que más estimuló el crecimiento de la vegetación nativa y la colonización en los suelos desnudos. El bioensayo de elongación radical de lechuga es un test sensible, sencillo y barato para evaluar la biodisponibilidad de metal y la ecotoxicidad del suelo. Los tocoferoles son biomarcadores de exposición a metales con potencial para su implementación en bioensayos de toxicidad. Este trabajo permite concluir que la población metalífera de F. rubra, combinada con enmiendas orgánicas, es una excelente candidata para los proyectos de fitoestabilización asistida. Además, la monitorización simultánea de los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos del suelo y de su ecotoxicidad permite una evaluación adecuada de la salud del suelo, así como la selección de enmiendas apropiadas para el desarrollo de un proceso fitoestabilizador.

Avaliação das alterações morfológicas, anatômicas e fitoquímicas em folhas de Mentha x Villosa (LAMIACEAE) cultivada em solo contaminado com petróleo e potencial de uso na fitorremediação.

A exploração, processamento, transporte, armazenamento e utilização do petróleo e seus derivados têm resultado em acidentes e vazamentos de proporções variadas e existe uma demanda crescente por soluções técnica, ambiental e economicamente viáveis. É nesse contexto que a fitorremediação ganha evidência e se mostra adequada por aliar um custo-benefício atraente. A fitorremediação utiliza espécies vegetais para extrair, conter, imobilizar ou degradar contaminantes do solo e da água. Além disso, a possibilidade de crescer espécies de valor comercial em solos contaminados que, de outra forma, não teriam qualquer uso, torna-se uma alternativa atraente. O presente trabalho tem por objetivo avaliar a capacidade de fitorremediação de Mentha x Villosa e as alterações fisiológicas e morfológicas em decorrência da contaminação dos solos por petróleo em quatro concentrações (0%, 2%, 4% e 6% p/p) com seis repetições. As variáveis analisadas foram: taxa de sobrevivência, biomassa total seca e fresca, dimensão foliar, densidade de estômatos e densidade de tricomas. Foram feitas análises de hidrcarbonetos totais de petróleo - HTPs presntes no solo no início do experimento e após 90 dias de cultivo. As plantas crescidas em solo contaminado tiveram uma taxa de sobrevivência de 100%. Houve uma tendência ao xeromorfismo nas plantas mantidas em solo contaminado. De acordo com a análise one-way ANOVA (Tukey, I.C. 95%), houve redução significativa da biomassa fresca em plantas crescidas na presença de petróleo em qualquer concentração quando compradas ao controle e, também, redução significativa entre as concentrações 2% versus 4% e 2% versus 6%. Entretanto plantas crescidas em 4% e em 6% não diferiam entre si. Como não houve diferença significativa da biomassa seca para nenhum par, conclui-se que as diferenças observadas em biomassa fresca decorrem da menor absorção e/ou retenção de água por plantas crescidas na presença de petróleo. A presença do petróleo em qualquer concentração resultou em aumento significativo da densidade dos estômatos quando comparada ao controle (0%), particularmente aos 90 dias. Entretanto, não houve diferença significativa entre as plantas crescidas em petróleo nas diferentes concentrações. Aos 30 dias observou-se aumento significativo da densidade dos tricomas apenas em plantas na concentração 6%, comparadas ao controle (0%) e às demais concentrações (2% e 4%). Aos 60 dias, um aumento significativo da densidade de tricomas foi observado em plantas crescidas em todas as concentrações de petróleo (2%, 4% e 6%), quando comparadas ao controle e aos 90 dias, tais diferenças foram mantidas. Mentha x Villosa mostrou ser uma planta com potencial para crescer em solo contaminado com petróleo, sendo que aos 90 dias foi observada uma remoção de 99,90% de HTPs no solo contaminado a 2% (p/p) e de 99,98% de remoção de HTPs no solo contaminado a 4% (p/p).

Caracterização química de um solo contaminado por resíduos sólidos urbanos na estrada Arroio Pavuna em Jacarepaguá no município Rio de Janeiro

Neste trabalho, escolheu-se a estrada canal Arroio Pavuna, em Jacarepaguá, para avaliar quimicamente a qualidade do solo que recebe diariamente resíduos sólidos urbanos. A região deste estudo é também conhecida como estrada do Urubu, sendo este animal um dos principais vetores presente no local. Para uma caracterização química, foram determinados pH, carbono orgânico, matéria orgânica, concentrações dos metais alumínio, cádmio, chumbo, cobre, cromo, ferro, níquel e zinco, utilizando a técnica de Absorção Atômica por Chama, além da identificação dos principais compostos orgânicos através da técnica de Cromatografia Gasosa acoplada a Espectrometria de Massas. Também foi realizado o teste de comportamento com oligoquetas da espécie Eisenia andrei para avaliar a função de habitat do solo analisado. Os resultados obtidos apontaram que a região apresenta um solo ácido na faixa de 5,51 a 6,70, bem como as concentrações de Cobre, Cromo, Níquel e Zinco acima dos valores orientadores de referência de qualidade dos solos, um teor médio de matéria orgânica na faixa de 21,71 g.kg-1 a 29,73 g.kg-1, além de presença de compostos orgânicos com estruturas muito complexas. O solo apresentou função de habitat limitada. E como sugestão para a remediação deste solo, a fitorremediação apresenta bons rendimentos na literatura para remoção parcial ou total desses metais

Dendrorremediación: El uso de Betula alba para monitorizar y reducir el contenido de metales en suelos mineros.

[EN] The intense industrial activity that took place over the past century resulted in large contaminated áreas. This is an important risk to human health and environmental safety. Recent biotechnological techniques for bioremediation include phytoremediation, which uses plants to remove or stabilize contaminants in soils. In our study we choose birch (Betula alba) as the preferred species to remedy mining soils, due to it produces a large biomass and can accumulate high levels of toxic elements in its tissues. The aim of this study was (i) to determine the possibility of using this species in reforestation and/or remediation of mining soils (ii) to elucidate the potential of tocopherol levels as indicators of heavy metal pollution. Trees growing in mining soils with high concentrations of Zn, Cd and Pb were sampled and the metal content in various organs and in tree rings was analyzed. α-tocoferol levels were also analyzed as an indicator of stress. The results showed a different distribution of metals in plant tissues. Zn and Cd had a higher accumulation in leaves, whereas Pb was stored in the timber. In addition, the metal content in tree rings was higher in older rings, leading to a conclusion that older tissues present a detoxification strategy. Furthermore, we saw how the presence of α- tocoferol on branches can be an indicator of metal stress in plants and it can be also used as a monitoring factor.

O uso de fosfatos associado à fitorremediação em solos de Santo Amaro (BA) contaminados por metais tóxicos

A contaminação do solo no município de Santo Amaro (BA) por metais tóxicos provocada pelas atividades da empresa Plumbum Mineração tem gerado impactos sobre a saúde ambiental e humana. O objetivo da presente pesquisa foi avaliar a viabilidade da remediação deste solo contaminado por chumbo e cádmio, utilizando diferentes fontes de fosfatos e fitorremediação com o capim vetiver [Vetiveria zizanioides (L.)]. O estudo foi realizado em colunas de PVC onde amostras de solo foram colocadas com a aplicação de fosfato dihidrogênio de potássio (KH2PO4) (T1); fertilizante fosfato natural reativo (FNR) (T2) e; uma mistura do KH2PO4 e de fertilizante FNR (T3). Amostras de solo contaminado sem tratamento (T0) foram utilizadas como controle. Após 60, 120 e 180 dias, alíquotas do solo foram retiradas das colunas para análises. Ao final de cada período, mudas de capim vetiver [(Vetiveria zizanioides (L.)] foram plantadas em vasos com as amostras de solo: T0, T1, T2 e T3 em triplicata. Para a determinação das concentrações de chumbo e cádmio no solo e tecidos vegetais foi utilizado o ICP-OES. A partir das análises física e química constatou-se que o solo possui textura argilosa e capacidade de troca catiônica (CTC) elevadas. As extrações com solução de ácido dietilenotriaminopentaacético (DTPA) e Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP) mostraram que o tratamento T1 seguido do T3 foram os mais eficientes na imobilização de Pb e Cd. Entretanto, todos os tratamentos resultaram em concentrações de metais ainda disponíveis no solo que excediam os limites estabelecidos pela USEPA, sendo o solo, portanto, considerado tóxico mesmo após o tratamento. Com base nas concentrações de metais extraídos através da extração sequencial pelo método BCR após a remediação e a fitorremediação do solo, foi verificado que todos os três tratamentos com fosfatos foram eficientes em imobilizar o Pb e Cd nas formas menos solúveis, porém, o Cd permaneceu mais solúvel e com maior mobilidade do que o Pb. Os ensaios de letalidade utilizando minhoca Eisenia andrei mostraram que a mortalidade observada no solo após 60 dias de tratamento foi significativamente reduzida após 120 e 180 dias de tratamento. A perda de biomassa pelas minhocas também foi reduzida de acordo com o tempo de tratamento. O teste de germinação com alfaces (Lactuca sativa L.) indicou que as amostras de solo tratadas continuam bastante tóxicas, apesar da disponibilidade reduzida do Pb e do Cd como visto nos resultados da extração por TCLP e por BCR. A avaliação de risco ecológico potencial indicou que os tratamentos do solo com fosfatos associado à fitorremediação reduziram a mobilidade do Pb, principalmente nos tratamentos T1 e T3. Para o Cd o risco ecológico potencial aumenta consideravelmente quando comparado com o Pb demonstrando que esse elemento, apesar dos tratamentos com fosfatos mais a fitorremediação continua móvel. O tratamento com KH2PO4 (T1) foi o mais eficiente na redução da mobilidade, disponibilidade e da toxicidade dos metais, seguido pelo T3 e T2 para o Pb e o T3 seguido pelo T1 e T2 para o Cd.

植物络合素合酶基因的功能分析及其应用

植物络合素（phytochelatins，PCs）是含有γ-Glu-Cys重复结构的小分子多肽，其结构通式为：（γ-Glu-Cys）n-Gly（n=2-11）。植物络合素（PCs）由植物络合素合酶（PCS）催化谷胱甘肽（GSH）聚合而成，能够络合重金属离子而具有解毒功能，这是植物解毒重金属胁迫的重要机制之一。本文克隆了来源于重金属抗性植物绊根草（Cynodon dactylon cv Goldensun）的植物络合素合酶基因，通过基因工程手段使其在烟草中过量表达，得到了一些有望用于植物修复（phytoremediation）的工程植株。同时，在水稻（Oryza sativa）种子中利用RNAi技术抑制植物络合素合酶基因的表达，以降低重金属离子在人类最重要的粮食作物水稻的籽粒中的积累。 1. 通过RACE（Rapid Amplification of cDNA Ends）方法从抗性植物绊根草中克隆了植物络合素合酶基因CdPCS1，其1515 bp的读码框编码一个含505个氨基酸的蛋白质，蛋白质序列分析表明它具有植物络合素合酶的结构特征，同时还具有磷酸化位点和亮氨酸拉链结构。 2. CdPCS1基因可以互补对铜和镉离子敏感的酵母突变株ABDE-1（cup1Δ）中缺失的金属硫蛋白基因CUP1的功能，也可以互补对砷离子敏感的酵母突变体FD236-6A（acr-3Δ）中的离子外排载体基因ARC3的缺失。 3. 将CdPCS1转入烟草，共获得过表达CdPCS1的烟草44个株系，其中融合GFP的株系16个。对T0代的转基因植株的PCs含量以及重金属抗性和吸收能力进行了分析，其中抗性实验表明，在300μmol/L 的Cd2+离子胁迫11天之后，野生型植株的叶片出现斑点状坏死，而两个转基因烟草株系S6和K49的植株没有出现受伤害症状。在100μmol/L的CdSO4处理一周后，转基因植株中的PCs含量比对照有不同程度的提高，最多提高了2.88倍。当用300μmol/L Cd2+处理9天再用600μmol/L Cd2+处理2天后，Cd的积累量比野生型植株增加了2倍多;用50μmol/L As3+处理7天再用100μmol/L As3+处理2天后，转基因植株对As的积累量最多增加了3倍多。说明转入绊根草PC合酶基因的烟草增加了植物络合素的合成，并由此增加了对镉离子的抗性以及对镉离子和砷离子的积累。 4. 对转基因烟草中的CdPCS1进行了亚细胞定位研究。在激光共聚焦显微镜和荧光显微镜下分别用转基因烟草叶片组织和叶肉细胞原生质体观察融合GFP的CdPCS1，结果表明融合蛋白定位于细胞核中。 5. .利用RNAi技术抑制水稻种子中植物络合素合酶基因的表达，共获得39个转基因株系。其中35个株系为种子特异性ZMM1启动子驱动OsPCS1基因的RNAi，其余4个株系由组成型的Ubiquitin启动子驱动。RT-PCR的分析结果表明：一个由ZMM1启动子驱动的RNAi转基因水稻株系的种子中，OsPCS1的mRNA水平比对照中的下降了一半。

Effects of heavy metals on plants and resistance mechanisms

Goal, Scope and Background. As one of the consequences of heavy metal pollution in soil, water and air, plants are contaminated by heavy metals in some parts of China. To understand the effects of heavy metals upon plants and the resistance mechanisms, would make it possible to use plants for cleaning and remediating heavy metal-polluted sites. Methods. The research results on the effects of heavy metals on plants and resistant mechanisms are compiled from Chinese publications from scientific journals and university journals, mostly published during the last decade. Results and Discussion. Effects of heavy metals on plants result in growth inhibition, structure damage, a decline of physiological and biochemical activities as well as of the function of plants. The effects and bioavailability of heavy metals depend on many factors, such as environmental conditions, pH, species of element, organic substances of the media and fertilization, plant species. But, there are also studies on plant resistance mechanisms to protect plants against the toxic effects of heavy metals such as combining heavy metals by proteins and expressing of detoxifying enzyme and nucleic acid, these mechanisms are integrated to protect the plants against injury by heavy metals. Conclusions. There are two aspects on the interaction of plants and heavy metals. On one hand, heavy metals show negative effects on plants. On the other hand, plants have their own resistance mechanisms against toxic effects and for detoxifying heavy metal pollution. Recommendations and Outlook. To study the effects of heavy metals on plants and mechanisms of resistance, one must select crop cultivars and/or plants for removing heavy metals from soil and water. More highly resistant plants can be selected especially for a remediation of the pollution site. The molecular mechanisms of resistance of plants to heavy metals should be studied further to develop the actual resistance of these plants to heavy metals. Understanding the bioavailability of heavy metals is advantageous for plant cultivation and phytoremediation. Decrease in the bioavailability to farmlands would reduce the accumulation of heavy metals in food. Alternatively, one could increase the bioavailability of plants to extract more heavy metals.

Heavy metal pollution in China: Origin, pattern and control

Goal, Scope and Background. Heavy metal is among one of the pollutants, which cause severe threats to humans and the environment in China. The aim of the present review is to make information on the source of heavy metal pollution, distribution of heavy metals in the environment, and measures of pollution control accessible internationally, which are mostly published in Chinese. Methods. Information from scientific journals, university journals and governmental releases are compiled focusing mainly on Cd, Cu, Pb and Zn. Partly Al, As, Cr, Fe, Hg, Mn and Ni are included also in part as well. Results and Discussion. In soil, the average contents of Cd, Cu, Pb and Zn are 0.097, 22.6, 26.0 and 74.2 mg/kg, respectively. In the water of. the Yangtze River Basin, the concentrations of Cd, Cu, Pb and Zn are 0.080, 7.91, 15.7 and 18.7 pg/L, respectively. In reference to human activities, the heavy metal pollution comes from three sources: industrial emission, wastewater and solid waste. The environment such as soil, water and air were polluted by heavy metals in some cases. The contents of Cd, Cu, Pb and Zn even reach 3.16, 99.3, 84.1 and 147 mg/kg, respectively, in the soils of a wastewater irrigation zone. These contaminants pollute drinking water and food, and threaten human health. Some diseases resulting from pollution of geological and environmental origin, were observed with long-term and non-reversible effects. Conclusions. In China, the geological background level of heavy metal is low, but with the activity of humans, soil, water, air, and plants are polluted by heavy metals in some cases and even affect human health through the food chain. Recommendations and Outlook. To remediate and improve environmental quality is a long strategy for the polluted area to keep humans and animals healthy. Phytoremediation would be an effective technique to remediate the heavy metal pollutions.